揭秘 DEK：核小体结合蛋白调控染色质，为癌症治疗点亮新希望

为解决 DEK 影响染色质结构和基因组调控机制不明的问题，东京大学的研究人员开展 DEK 与染色质关系的研究，发现 DEK 可刺激 PRC2 并压缩染色质。该研究为理解基因调控提供线索，对癌症研究意义重大，值得科研读者一读。

　　

在微观的细胞世界里，基因组 DNA 就像一团复杂的 “线团”，以染色质的形式存在于细胞核中。其中，核小体（由 DNA 缠绕组蛋白八聚体形成的基本结构单元）是这团 “线团” 的关键组成部分，它的结构多样性对染色质构象有着重要影响，进而调控着真核生物基因组的各种功能。而异染色质（一种染色质状态，其特点是染色质凝聚，通常抑制基因表达）又可分为兼性异染色质和组成型异染色质，兼性异染色质在发育调控基因周围以一种依赖环境的方式形成，对基因表达的调控起着至关重要的作用。

在这个神秘的细胞 “舞台” 上，有一个名为 DEK 的 “角色”，它是一种丰富的非组蛋白染色体蛋白，能优先结合超螺旋和十字形 DNA 结构，参与 RNA 剪接、DNA 修复和转录等多种细胞过程。而且，DEK 在增殖细胞（如祖细胞）中广泛表达，在分化静止细胞中表达受限，这暗示着它在细胞增殖中有着潜在作用。更值得注意的是，DEK 的过表达常常出现在癌细胞中，与癌细胞异常增殖和微核形成相关，所以它被视为癌症治疗的潜在靶点。

然而，DEK 这个 “神秘角色” 影响染色质结构和基因组调控功能的具体机制却一直是个谜。为了揭开这个谜团，东京大学的研究人员在《Nature Structural & Molecular Biology》期刊上发表了一篇题为 “DEK binds the nucleosome to stimulate PRC2 and compact chromatin” 的论文。他们发现，DEK 是一种核小体结合蛋白，在胚胎神经祖细胞中，它与兼性异染色质标记 H3K27me3（组蛋白 H3 第 27 位赖氨酸的三甲基化修饰）共定位，并且能刺激 Polycomb 抑制复合物 2（PRC2）的甲基转移酶活性，诱导染色质压缩。这一发现为理解染色质结构介导的基因调控机制提供了重要线索，有助于深入了解细胞增殖、发育以及癌症发生发展的分子机制，对未来癌症治疗策略的开发也有着重要意义。

研究人员在这项研究中运用了多种技术方法。他们通过染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析，研究 DEK 在基因组上的定位情况；利用冷冻电镜（cryo-EM）技术，解析 DEK - 核小体复合物的结构；采用原子力显微镜（AFM）观察，研究 DEK 对染色质构象的影响；还进行了体外结合实验，如凝胶迁移实验和质谱分析等，探究 DEK 与核小体的结合特性。

下面来看看具体的研究结果：

• DEK 主要定位于兼性异染色质：研究人员进行核小体下拉实验，发现 DEK 是主要的核小体结合蛋白。通过 ChIP-seq 分析小鼠胚胎脑神经元祖细胞（NPCs）中 DEK 的全基因组定位，发现 DEK 特异性地定位于基因区域，且在与组织发育相关的基因中尤为集中。同时，他们还发现 DEK 与 H3K27me3 存在共定位现象，在转录起始位点（TSSs）附近，超过一半的 DEK 峰与 H3K27me3 峰重叠。此外，DEK 还与 PRC1 泛素连接酶沉积的 H2AK119ub 共定位，且主要积累在低表达基因的 TSSs 附近。这些结果表明，DEK 可能通过改变 TSSs 周围的染色质构象，与 H3K27me3 和 H2AK119ub 共同抑制基因表达。
• DEK 刺激 PRC2 介导的 H3K27me3 沉积：研究人员制备重组人 DEK 蛋白和含 12 个重复单元的多聚核小体，进行 H3K27me3 沉积实验和甲基转移酶实验。结果显示，DEK 能显著上调 PRC2 介导的 H3K27me3 沉积，增强 PRC2 的甲基转移酶活性。同时，他们发现多聚核小体比单核小体更能促进 PRC2 介导的 H3K27me3 沉积，且 DEK 不直接与 PRC2 结合，说明 DEK 可能通过调节染色质的高级结构来刺激 H3K27me3 沉积。
• DEK 直接结合核小体：凝胶迁移实验表明，DEK 与裸 DNA 结合亲和力低，但能牢固结合带有连接 DNA 的核小体。质谱分析进一步证实，存在一个或两个 DEK 分子与核小体结合的形式，且两个 DEK 分子结合是主要形式。竞争实验还显示，DEK 对核小体具有特异性结合能力。
• DEK - 核小体复合物的冷冻电镜结构：研究人员成功解析了 DEK - 核小体复合物的冷冻电镜结构，得到了两个 DEK 分子结合核小体（DEK2–核小体）和一个 DEK 分子结合核小体（DEK1–核小体）的结构。在 DEK2–核小体结构中，两个 SAP 结构域几乎对称地位于核小体的二分体 DNA 上，与二分体 DNA 和连接 DNA 结合，形成双 - 三联体 DNA 结合形式。同时，DEK 的 52 - 68 位氨基酸残基与组蛋白八聚体表面（包括酸性补丁）相互作用，这个区域被命名为组蛋白结合区域（HBR）。制备 HBR 缺失的突变体 DEKΔHBR 发现，其核小体结合能力显著缺陷，说明 HBR 在 DEK 结合核小体过程中发挥重要作用。
• DEK 与 DNA 的相互作用对核小体结合至关重要：通过对 DEK 与 DNA 相互作用位点的分析，研究人员制备了多个 DEK 突变体。实验结果显示，DEK 与二分体 DNA 和连接 DNA 结合的相关突变体，其核小体结合能力明显下降，表明这些相互作用对 DEK 结合核小体很重要。此外，DEK 的 C 末端结构域对核小体结合具有辅助作用。
• DEK 诱导连接 DNA 弯曲：研究人员通过冷冻电镜结构比较发现，与游离核小体和 H1 - 核小体复合物相比，DEK2–核小体复合物中的连接 DNA 发生了明显弯曲，且方向向相反两侧偏移。这表明 DEK 的结合诱导了连接 DNA 的弯曲，可能导致核小体 DNA 的拓扑变化，同时 DEK 还降低了连接 DNA 的灵活性。
• DEK 诱导染色质压缩：利用 AFM 对重组多聚核小体进行分析，研究人员发现 DEK 能使多聚核小体结构显著压缩。虽然其压缩程度不如连接组蛋白 H1，但也说明了 DEK 在染色质构象调控中具有重要作用。

综合研究结果和讨论部分，DEK 作为一种核小体结合蛋白，通过独特的结合模式与核小体相互作用。它的结合诱导连接 DNA 弯曲和染色质压缩，可能通过形成抑制性染色质构象来抑制基因转录。在这个过程中，DEK 与 PRC2 之间存在着密切的联系，它可能通过调节染色质结构促进 PRC2 介导的 H3K27me3 沉积。然而，之前有研究报道 DEK 缺失对 H3K27me3 水平没有影响，这可能是因为 DEK 和连接组蛋白 H1 在染色质压缩和 PRC2 活性调节中存在功能冗余。此外，DEK 过表达可能导致异常的染色质重组和基因表达失调，与肿瘤发生相关。而 DEK - NUP214 融合蛋白在白血病细胞中的作用，也提示 DEK 功能异常可能是导致 HOX 基因失调的原因之一。

这项研究为深入理解染色质结构介导的基因调控机制提供了关键线索，不仅揭示了 DEK 在正常细胞生理过程中的重要作用，也为癌症等疾病的发病机制研究和治疗策略开发提供了新的思路和潜在靶点。未来，进一步研究 DEK 与其他染色质调节因子的相互作用，以及 DEK 在不同细胞环境下的功能差异，将有助于更全面地了解基因组调控的奥秘，为攻克相关疾病带来新的希望。